Zgrzewanie ultradźwiękowe a zgrzewanie oporowe zespołów styków elektrycznych i szyn zbiorczych

Spawanie ultradźwiękowe łączy metale przewodzące za pomocą wibracji mechanicznych o wysokiej-częstotliwości przy ograniczonym nagrzewaniu masy, podczas gdy zgrzewanie oporowe generuje lokalną strefę przetopienia poprzez prąd elektryczny i rezystancję styku. W przypadku zespołów styków elektrycznych i szyn zbiorczych wybór zależy od kombinacji materiałów, grubości przekroju, dopuszczalnej ekspozycji termicznej, wymaganej wytrzymałości na ścinanie i rezystancji elektrycznej gotowego złącza.

 

Decyzja inżynierska nie polega po prostu na tym, który proces spawania jest silniejszy. Złącze musi utrzymywać niski opór elektryczny, kontrolowaną wytrzymałość mechaniczną, stabilne wiązanie metalurgiczne, dokładność wymiarową i powtarzalną jakość produkcji po tłoczeniu i montażu.

 

 

 

Klejenie w niskiej-temperaturze zespołów stykowych AgSnO₂-Cu

Zgrzewanie ultradźwiękowe ma szczególne zastosowanie, gdy styk elektryczny zawiera stop srebra, a podłożem jest miedź. Zespół ultradźwiękowego zgrzewania kontaktowego może utworzyć wiązanie-w stanie stałym bez konieczności osiągania przez całą powierzchnię złącza temperatury topnienia materiałów podstawowych.

 

Typowe zastosowania obejmują:

AgSnO₂-Zespoły styków Cu wymagające ograniczonej ekspozycji termicznej na stop srebra.
Cu-Połączenia przewodów w oplocie Cu, w których odkształcenie żyły musi być kontrolowane.
Cienkie arkusze miedzi, stosy folii, zaciski i elastyczne przewody.
Połączenia baterii i zasilania-elektroniki, w których nadmierne ciepło może uszkodzić sąsiadującą izolację.
Elektryczne mostki stykowe wymagające stałej rezystancji styku po połączeniu.

Mechanizm zgrzewający łączy kontrolowaną siłę docisku z wibracjami ultradźwiękowymi. Tlenki powierzchniowe i zanieczyszczenia ulegają rozerwaniu na styku, natomiast zlokalizowane odkształcenie plastyczne zwiększa rzeczywistą powierzchnię styku metalu.

W przypadku kwalifikacji produkcji zmienne krytyczne nie ograniczają się do częstotliwości ultradźwiękowej. Amplituda spawania, siła spawania, energia, czas cyklu, twardość materiału, obszar zachodzenia na siebie i stan powierzchni muszą być kontrolowane jako okno procesu.

 

AgSnO₂-Zmienne złącza miedzianego

Zmienny	Rozważania inżynieryjne	Typowe skupienie na jakości
Materiał kontaktowy AgSnO₂	Stop elektrokontaktowy z-tlenkiem cyny-srebra	Unikać nadmiernej degradacji termicznej
Podłoże miedziane	C1100 / miedź-o wysokiej przewodności	Utrzymuj przewodność i stabilność wymiarową
Grubość złącza	Struktury cienkie-arkuszowe i warstwowe	Zapobiegaj nadmiernym odkształceniom
Siła spawania	Określa ciśnienie międzyfazowe	Stabilne wiązanie bez zgniatania
Amplituda ultradźwiękowa	Kontroluje tarcie i deformację interfejsu	Unikaj nadmiernego-spawania
Energia spawania	Koreluje z konsystencją wiązania	Ustanów okno procesu poprzez DOE
Opór elektryczny	Wskazuje bieżącą-jakość ścieżki	100% lub weryfikacja rezystancji na podstawie-próbkowania
Siła ścinająca	Wskazuje integralność mechaniczną	Koreluj dane z badań niszczących z parametrami spawania

 

 

 

Zgrzewanie oporowe wykorzystuje prąd elektryczny przepływający przez elementy obrabiane w celu wygenerowania miejscowego ogrzewania Joule'a. Ciepło wytwarzane na granicy faz jest w przybliżeniu związane z:

 

Q=I²Rt

 

gdzie I to prąd spawania, R to opór elektryczny, a t to czas trwania prądu.

To sprawia, że ​​siła elektrody, prąd, czas spawania, opór materiału i geometria styku są bezpośrednio powiązane z powstawaniem spoiny.

W przypadku grubszych elementów tłoczonych punktowe zgrzewanie oporowe może wygenerować określoną strefę wtopienia o większej penetracji niż wiele procesów łączenia-w stanie stałym. Dzięki temu nadaje się do punktowego zgrzewania oporowego styków miedzianych, tłoczonych mostków elektrycznych, zacisków i wielowarstwowych elementów przewodzących.

 

Spawanie oporowe elementów z miedzi C1100

Miedź stanowi szczególne wyzwanie w zakresie spawania oporowego-, ponieważ jej oporność elektryczna jest niska, a przewodność cieplna wysoka. Dlatego też do wytworzenia wystarczającej ilości miejscowego ciepła może być wymagany prąd o dużym natężeniu.

 

Inżynieria produkcji zwykle koncentruje się na:

Geometria elektrody i powierzchnia styku.
Stabilność siły elektrody.
Spawanie-bieżąca powtarzalność.
Charakterystyka wzrostu i spadku prądu.
Grubość arkusza i stos-w górę.
Utlenianie i zanieczyszczenie powierzchni.
Zużycie elektrod.
Średnica bryłki i penetracja.
Opór elektryczny po-spawaniu.
Niszczące badanie ścinania lub odrywania.

 

Mostek stykowy-zgrzewany oporowo nie powinien być oceniany wyłącznie na podstawie oględzin. Tworzenie się bryłek, wytrzymałość mechaniczna, opór elektryczny i tryb uszkodzenia muszą być skorelowane z oknem procesu spawania.

 

Poproś o bezpłatną ocenę i wycenę DFM

 

 

Materiały kontaktowe z miedzi C1100 i AgSnO₂

Kombinacja materiałów określa, czy dominującym ograniczeniem inżynieryjnym jest wprowadzanie ciepła, czy odkształcenie mechaniczne.

 

Parametr	Zgrzewanie ultradźwiękowe	Zgrzewanie oporowe
Podstawowy mechanizm wiązania	Mechaniczne łączenie-w stanie stałym	Opór-wygenerował miejscowe ogrzewanie
Topienie materiałów sypkich	Zwykle unikany	Powszechnie utworzona strefa fuzji
Obszar-narażony na działanie ciepła	Stosunkowo ograniczone	Bardziej zlokalizowane, ale wyższa temperatura szczytowa
Cienkie blachy miedziane	Bardzo odpowiedni	Odpowiednie o zoptymalizowanych parametrach
Oplot miedziany	Bardzo odpowiedni	Trudniejsze w przypadku drobno-struktur pasmowych
Gruba tłoczona miedź	Zależnie od aplikacji-	Dobrze dopasowane
Styk AgSnO₂	Nadaje się tam, gdzie ekspozycja termiczna musi być ograniczona	Możliwe przy kontrolowanym dopływie ciepła
Nuga spawalnicza	Nie jest to podstawowa cecha kwalifikacji	Podstawowa charakterystyka-jakości spawu
Wymagania dotyczące elektrody	System róg/kowadło	Wymagane elektrody
Zużycie elektrod	Zużycie narzędzia zależy od materiału i amplitudy	Istotna zmienna produkcyjna
Typowa weryfikacja	Ścinanie + opór elektryczny + metalografia	Bryłka + ścinanie/odrywanie + opór elektryczny
Optymalizacja procesów	Siła + amplituda + energia + czas	Prąd + siła + czas + geometria elektrody

 

Drut miedziany-na-oplot miedziany

Oplot miedziany stwarza inny problem łączenia niż tłoczona blacha. Poszczególne pasma mają małe-przekroje poprzeczne i warstwy tlenków, natomiast nadmierne wprowadzanie ciepła może powodować lokalne wyżarzanie lub niepożądane odkształcenie.

Spawanie ultradźwiękowe pozwala połączyć wiele żył miedzianych z miedzianą końcówką, zachowując jednocześnie stosunkowo zwarty-obszar wpływu ciepła.

 

Celem inżynierskim jest osiągnięcie:

Niski opór elektryczny + wystarczająca wytrzymałość na rozciąganie/ścinanie + kontrolowana konsolidacja splotu.

Dlatego specyfikacja produkcyjna powinna definiować akceptowalny opór elektryczny i tryb uszkodzenia mechanicznego, a nie polegać wyłącznie na wyglądzie spoiny.

 

 

Spawane połączenie elektryczne spełnia dwie niezależne funkcje:

Przenoś prąd z kontrolowaną stratą elektryczną.
Wytrzymują obciążenia mechaniczne podczas montażu i serwisu.

Złącze może mieć akceptowalną wytrzymałość mechaniczną, jednocześnie wykazując nadmierny opór elektryczny. I odwrotnie, złącze o niskim-oporze może mieć niewystarczającą wytrzymałość mechaniczną.

 

Pomiar rezystancji elektrycznej

Preferowany jest czteroprzewodowy-pomiar Kelvina, gdy rezystancja obiektu docelowego jest na tyle niska, że ​​w przeciwnym razie rezystancja przewodu i styku miałaby wpływ na pomiar.

System testowy powinien kontrolować:

Prąd testowy.
Pozycja sondy.
Kierunek pomiaru.
Nacisk kontaktowy.
Temperatura.
Czas stabilizacji.
Częstotliwość próbkowania.

W przypadku wysokoprądowych połączeń miedzianych-wartość rezystancji powinna być skorelowana z geometrią przewodnika i efektywną powierzchnią-przepływu prądu, a nie interpretowana jako izolowana liczba.

 

Testy ścinania i ciągnięcia

Walidacja mechaniczna może obejmować:

Test-ścinania na okrążeniu.
Przeprowadź-testowanie.
Testy odrywania dla struktur warstwowych.
Próba rozciągania końcówek.
Niszcząca analiza-przekrojowa.

Tryb awaryjny dostarcza dodatkowych informacji. Pęknięcie materiału macierzystego wskazuje na inny stan procesu niż separacja międzyfazowa.

 

 

 

IATF 16949 Kontrola procesu dla styków spawanych

W przypadku elementów styków elektrycznych w samochodach spawanie należy traktować jako kontrolowany proces specjalny, a nie izolowaną operację montażu.

Plan kontroli produkcji może obejmować:

Weryfikacja przychodzącego materiału.
Kontrola wymiarowa CMM.
Monitorowanie-procesu stemplowania.
Monitorowanie parametrów spawania.
Kontrola stanu elektrody lub klaksonu.
Badanie rezystancji elektrycznej.
Walidacja-siły ścinającej.
Kontrola metalograficzna.
Identyfikowalność według partii lub partii produkcyjnej.
MSA i miernik R&R.
SPC dla krytycznych wymiarów i charakterystyki spoiny.

W przypadku składania wniosków na poziomie 3 PPAP może być konieczne ustanowienie przez dostawcę udokumentowanej relacji pomiędzy DFMEA → PFMEA → Planem kontroli → Instrukcją pracy → Zapisami inspekcji → Studiami zdolności → wynikami walidacji.

 

Kontrola CMM i kontrola wymiarowa ± 0,01 mm

Zespół spawany musi zachować zgodność wymiarową z zamontowanym za nim zespołem stycznika, przekaźnika, bezpiecznika, rozdzielnicy lub szyny zbiorczej.

W zależności od geometrii produktu, wymiary krytyczne mogą obejmować:

Kontakt-położenie centralne.
Średnica otworu.
Płaskość terminala.
Miejsce spawania.
Wysokość kontaktu.
Kąt zgięcia.
Długość całkowita.
Grubość blachy miedzianej.

W przypadku precyzyjnie tłoczonych elementów wybrane wymiary mogą być kontrolowane z dokładnością do ±0,01 mm, w zależności od rzeczywistego rysunku produktu i zestawu tolerancji funkcjonalnych-.

 

 

Dostawcę mostków spawanych należy oceniać na podstawie całego łańcucha produkcyjnego, a nie wyłącznie zdolności spawalniczych.

 

Przedmiot kwalifikacyjny	Zalecana weryfikacja
Surowiec	Certyfikat materiałowy i weryfikacja składu
Cechowanie	Zapisy kontroli wymiarowej i-procesu narzędzi
Spawalniczy	Okno parametrów i walidacja procesu
Wydajność elektryczna	Pomiar niskiej-oporności
Wydajność mechaniczna	Testy ścinania / rozciągania / odrywania
Metalurgia	Przekrój-i kontrola mikroskopowa
Dokładność wymiarowa	Kontrola CMM
Identyfikowalność	Rekordy produkcyjne na poziomie-partii
Jakość motoryzacyjna	systemu IATF 16949
Pakiet zgłoszeniowy	Możliwość PPAP poziomu 3
Zgodność środowiskowa	Dokumentacja RoHS/REACH
Możliwości procesu	SPC / Cp / Cpk, jeśli określono

 

Dostawca zdolny do tłoczenia, ale nie potrafiący powiązać parametrów spawania z wytrzymałością i wynikami mechanicznymi, tworzy dla kupującego dodatkową pracę kwalifikacyjną. Preferowany model zaopatrzenia to taki, w którym stemplowanie, łączenie, kontrola, identyfikowalność i dokumentacja PPAP są zarządzane w ramach jednego kontrolowanego systemu produkcyjnego.

 

 

Spawanie ultradźwiękowe: cienka miedź, oplot i niska ekspozycja termiczna

Wybierz zgrzewanie ultradźwiękowe, gdy projekt wymaga:

Konsolidacja oplotu miedzianego.
Cienkie arkusze przewodzące.
Ograniczone ogrzewanie zbiorcze.
Łączenie-półprzewodnikowe.
Łączenie styków AgSnO₂-z-miedzią.
Kompaktowe strefy połączeń elektrycznych.
Kontrolowane odkształcenie cienkich materiałów przewodzących.

Zgrzewanie oporowe: grube elementy tłoczone i określone jądra spoiny

Wybierz zgrzewanie oporowe, jeśli projekt wymaga:

Grube, tłoczone elementy miedziane.
Wysoki, lokalny dopływ ciepła.
Zdefiniowane bryłki fuzyjne.
Wysoka przepustowość produkcji.
Powtarzalne pozycjonowanie elektrod.
Łączenie konstrukcyjne mostków stykowych tłoczonych.

Ostateczna decyzja dotycząca procesu powinna opierać się na stosie materiałów,-grubości, geometrii złącza, docelowej rezystancji elektrycznej, wymaganiu-obciążenia mechanicznego, wrażliwości termicznej i wielkości produkcji.

 

Pobierz specyfikację projektu zespołu stykowego

 

 

Wykwalifikowany zespół styków elektrycznych powinien posiadać trzy uzupełniające się dowody.

 

Walidacja elektryczna

Zmierz całą ścieżkę prądową i ustal dopuszczalny zakres rezystancji w określonych warunkach testowych.

W przypadku złączy miedzianych o niskiej-oporności sama metoda pomiaru staje się częścią specyfikacji.

 

Walidacja mechaniczna

Próba ścinania lub rozciągania pozwala ustalić, czy złącze wytrzyma siły montażowe, wibracje, cykle termiczne i obciążenia użytkowe.

Kryterium akceptacji powinno określać zarówno siłę minimalną, jak i akceptowalny tryb zniszczenia.

 

Walidacja metalograficzna

Analiza przekrojowa-może zidentyfikować:

Niekompletne wiązanie.
Pustki.
Spękanie.
Nadmierne odkształcenie.
Niewystarczająca penetracja spoiny.
Regiony dotknięte nadmiernym upałem.
Nieregularna geometria bryłki.

 

 

 

Przed wypuszczeniem zespołu styków spawanych do produkcji masowej rysunek techniczny i specyfikacja dostawcy powinny określać:

 

Materiał: C1100, C2680, AgSnO₂ lub określony stop srebra.
Grubość materiału: Rzeczywista grubość blachy lub przewodu.
Konfiguracja połączenia: zakład, styk, zakładka, warkocz-z-końcówką lub kontakt-z-nośnikiem.
Proces spawania: Zgrzewanie ultradźwiękowe lub oporowe.
Wymagania elektryczne: Maksymalna dopuszczalna rezystancja złącza.
Wymagania mechaniczne: Minimalna siła ścinająca lub rozciągająca.
Wymagania dotyczące wymiarów: Wymiary krytyczne i tolerancje, np. ±0,01 mm, jeśli ma to zastosowanie.
Stan powierzchni: wymagania dotyczące powlekania, utleniania, zanieczyszczenia i czyszczenia.
Metoda kontroli: pomiar rezystancji Kelvina, CMM, metalografia i badania niszczące.
System jakości: IATF 16949, w którym obowiązują wymagania dotyczące dostaw motoryzacyjnych.
Przesyłanie: PPAP poziom 3, jeżeli zostało to określone przez klienta.
Zgodność środowiskowa: wymagania RoHS i REACH.

 

 

Do czego wymagana jest typowa dokumentacja PPAP poziomu 3spawane zespoły stykowe?

Poziom 3 PPAP zwykle wymaga odpowiednich zapisów projektowych, przebiegu procesu, PFMEA, planu kontroli, wyników wymiarowych, wyników testów materiałów i wydajności, dowodów MSA, danych dotyczących możliwości procesu, przykładowych części i PSW, z zastrzeżeniem specyficznych wymagań klienta dotyczących przesyłania.

 

Jak wybrać zgrzewanie ultradźwiękowe oplotu miedzianego zamiast zgrzewania oporowego?

Zgrzewanie ultradźwiękowe jest powszechnie rozważane, gdy oplot miedziany wymaga konsolidacji pasma przy ograniczonym nagrzewaniu masy. Zgrzewanie oporowe jest bardziej odpowiednie, gdy połączenie wymaga określonej strefy wtopienia w grubszych tłoczonych elementach.

 

W jaki sposób testuje się rezystancję elektryczną spawanego styku miedzianego?

W przypadku połączeń o niskich-oporach powszechnie stosuje się czteroprzewodową metodę pomiaru Kelvina. Specyfikacja testu powinna określać prąd, lokalizację sondy, temperaturę, warunki stabilizacji, częstotliwość próbkowania i maksymalną dopuszczalną rezystancję złącza.